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納米材料在服裝上運(yùn)用

納米材料在服裝上運(yùn)用
摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米技術(shù)已被廣泛運(yùn)用于許多領(lǐng)域，包括陶瓷材料、光學(xué)材料、醫(yī)學(xué)材料、紡織材料、服裝等等。本文闡述納米技術(shù)在服裝上的主要運(yùn)用及其原理；納米技術(shù)與新型服裝面料。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(0.1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10~100個原子緊密排列在一起的尺度。
納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(0.1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10~100個原子緊密排列在一起的尺度。納米技術(shù)是人類社會對物質(zhì)認(rèn)識過程中的又一重大發(fā)現(xiàn)，納米技術(shù)有著不可估量的潛力，有人說它甚至?xí)接?jì)算機(jī)和基因醫(yī)學(xué)，成為2l世紀(jì)的決定技術(shù)。但是，納米技術(shù)畢竟是近二十多來才蓬勃興起的新科技，我們對它的認(rèn)識還十分膚淺，我國納米技術(shù)的應(yīng)用仍處于開發(fā)試驗(yàn)階段，離產(chǎn)業(yè)化和大批量進(jìn)入市場還有一定距離。但是可以預(yù)言，隨著對納米技術(shù)的深入研究和開發(fā)，它在眾多的高科技領(lǐng)域中，在紡織產(chǎn)品方面的應(yīng)用會越來越廣泛，它對紡織產(chǎn)品開發(fā)的積極作用將是無法估量的。
1.0納米技術(shù)在服裝上的主要運(yùn)用
自20世紀(jì)以來，納米技術(shù)就在服裝、服飾方面開始運(yùn)用。到21世紀(jì)初，人們才初步認(rèn)識到納米技術(shù)在服裝上起到的作用。納米技術(shù)在服裝上的主要運(yùn)用是“三防”——防水、防油、防污，無論是飲品、調(diào)味料、食用油、灰塵等均不能輕易滲透弄臟織物；織物具有不受污染的特性，不易滲入污漬，故能延長洗滌間隔、縮短洗滌織物的時間，以及減少清潔用品的開支；由于其超雙疏特性，使織物更具快干功能；面料具有環(huán)保無污染、無毒的特性。目前，幾乎所有的納米服裝、服飾的三防效果都是將某種納米級的微粒覆蓋在纖維表面或鑲嵌在纖維甚至分子間隙中，由于這種微粒十分微小(小于100rim)且表面積大、表面能高。在物質(zhì)表面形成了一個均勻的、厚度極薄的(用肉眼觀察不到、手摸感覺不到)、間隙極小(小于100rim)的“氣霧狀”保護(hù)層。正是由于這種保護(hù)層的存在，使得常溫下尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100nm的水滴、油滴、塵埃、污漬甚至細(xì)菌都難以進(jìn)入到織物內(nèi)部而只能停留在織物表面，從而產(chǎn)生了三防等特殊效果。就像荷葉一樣，水珠在荷葉上滾動，而荷葉不受浸濕。當(dāng)水打在織物上，它就會在氣墊上形成水珠，滾離布面。如水分受壓穿透織物，水分也不會被織物吸收，因此在流汗時，汗液可利用毛細(xì)管芯吸效應(yīng)，經(jīng)織物排出體外，保持干爽及拒水效應(yīng)。同時，由于形成保護(hù)層的納米級微粒極其微小，不會改變原坯布的物性，如顏色、舒適度、透氣性等。納米技術(shù)處理要增加一定的成本，一般運(yùn)用于價(jià)值較高或者特別的產(chǎn)品，如西服、襯衫、領(lǐng)帶、內(nèi)衣等。早在2003年，“鄂爾多斯”投巨資采用納米技術(shù)，成功地將一種不粘油污的新型納米材料應(yīng)用于羊絨制品，使得原本普通的羊絨制品具備了神奇的“三防”及自清潔功能。
2.0納米技術(shù)與新型服裝面料
納米微粒具有許多特殊的性能，將其與服裝材料復(fù)合，可以制備出具有抗茵除臭、抗紫外線、吸收紅外線、抗老化、防電磁輻射、抗靜電、自潔等功能的新型服裝面料；納米纖維具有手感柔軟、光澤柔和、高吸水吸油性等特點(diǎn)，可以織造出仿真好、性能佳的服裝面料。
運(yùn)用納米技術(shù)與納米材料生產(chǎn)的服裝面料主要有兩類：一類為通過納米微粒添加到紡織材料中，對化學(xué)纖維或面料進(jìn)行改性，生產(chǎn)出功能性面料，如：抗菌除臭、防紫外線、涼爽、防電磁輻射、保健、蓄熱保溫、抗靜電、隱身、防老化、免洗等面料；另一類為采用特殊紡絲法生產(chǎn)的納米纖維，織造整理制成的高功能面料，如：仿真絲、仿桃皮絨、仿麂皮及人造皮革、防水透氣、高保暖、高吸濕、低阻力等面料。納米服裝面料實(shí)現(xiàn)了“超天然”的效果。其仿真效果更逼真；功能更多、更強(qiáng)、更持久；感性、更接近人的要求。用納米面料制作的服裝更能滿足時裝化、高級化、多樣化及個性化的設(shè)計(jì)要求?？傊?，應(yīng)用納米技術(shù)與納米材料開發(fā)新型面料是服裝面料發(fā)展的—個新方向。
抗菌除臭面料?？咕裘媪铣茴A(yù)防和抑制或殺滅細(xì)菌外，還能消除細(xì)菌分泌的毒素及臭味。2O世紀(jì)8O年代早期出現(xiàn)的抗菌除臭面料，多為用有機(jī)季胺鹽、瞇唑、洗必泰、硫苯妥鈉等有機(jī)殺菌劑整理加工制成的，一般不耐洗滌，在日本有規(guī)定禁止給二周歲以下嬰兒使用。近年來，I句聚合物中添加以天然物質(zhì)為載體的無機(jī)殺菌劑微粉，已成為制造抗菌除臭纖維的重要手段。
防紫外線面料。在聚合物中添加能吸收或反射紫外線的納米微粒，是制造抗紫外線纖維的重要方法之一。納米微粒具有很好的吸收紫外線能力，而滑石、高嶺土、碳酸鈣等納米微粒則具有良好的反射紫外線能力。通?？棺贤饩€纖維中含有幾種組分的復(fù)合納米微粒。例如可樂麗公司開發(fā)的抗紫外線性聚酯纖維“工乇”中就含有]ri、zn、Al、si及P的氧化物復(fù)合納米微粒。對于透明度要求高的防紫外線服裝面料，通常添加紫外線吸收劑~：znO和11o，微粒。防紫外線服裝面料在遮擋紫外線的同時也能對可見光和遠(yuǎn)紅外線起到一定的屏蔽作用。例如：用Fe—Ni合金納米微粒與粘膠紡制的纖維，可以制成具有抗紫外波段(10~400nm)和抗紅外波段(﹥750nm)的防紫外線服裝面料。因此這種面料具有較好的降溫效果，陽光下由這種面料制成的服裝內(nèi)溫度可較普通棉布服裝低2~3oC使穿著者明顯感到?jīng)鏊?/span>
涼爽型面料。由于太陽光譜中，在500nm波長附近有一能量峰值，300nm～2m波長范圍內(nèi)的光能占太陽光總能量的95％以上，如能將屏蔽的光線波長范圍擴(kuò)寬至0．2～5m，這樣生產(chǎn)出的抗紅外線(兼有抗可見光、抗紫外線的功能)面料制做的服裝，在炎熱季節(jié)里穿著會讓人感覺涼爽。由王靖和劉艾平等人研制出的涼爽型抗紫外線、抗紅外線滌綸面料，對紫外線的衰減達(dá)95．7％以上，對紅外線的衰減達(dá)88．7％以上，該面料與普通面料的表面溫差達(dá)1．5～2．9~C。
防電磁輻射面料。電子產(chǎn)品的普及使得電磁輻射對人體健康造成了巨大威脅，一些納米微粒如Fe2O3、NiO等能強(qiáng)烈吸收電磁輻射，從而對人體起到防護(hù)作用。由西安華捷科技發(fā)展有限責(zé)任公司研制的既可防電磁輻射又可防紫外線輻射的服裝面料，可吸收阻隔95％以上的電磁波及同等量的紫外線。
保健面料。遠(yuǎn)紅外保健面料在吸收人體發(fā)射出的熱量(紅外輻射)后，通過電子能級變化，向人體輻射一定波長范圍的遠(yuǎn)紅外線(其中包括易被人體吸收的4~l4m波長段)，作用于人體皮下組織細(xì)胞，對人產(chǎn)生生理活性及促進(jìn)新陳代謝的作用，對一些疾病，如高血壓、低血壓、糖尿病、更年期綜合癥、風(fēng)濕癥、腰疼和肩周炎等有輔助療效。由于該面料能夠反射部分人體輻射的紅外線，也起到了屏蔽紅外線，減少熱量損失，提高保暖率的效果。據(jù)測定：遠(yuǎn)紅外保健織物的保暖率可提高12％以上。
仿真絲面料。超細(xì)纖維技術(shù)是合成纖維仿真絲的重要手段之一。納米纖維光澤柔和、手感柔軟，其仿真絲面料的懸垂性好，仿真效果逼真，在感性上，甚至達(dá)到了超越天然纖維材料，具有天然纖維所不能達(dá)到的質(zhì)地、手感和風(fēng)格。
仿麂皮及人造皮革。用納米纖維做成針織布、機(jī)織布或非織造布后，經(jīng)過磨毛或拉毛再浸漬聚氨酯溶液，并經(jīng)染色和整理，即可制得仿麂皮和人造皮革。其與天然皮革相比，具有強(qiáng)度高、重量輕、色澤鮮艷、防霉防蛀、柔韌性好等特點(diǎn)，而且仿真效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以前的人造皮革。
技術(shù)指標(biāo)
納米氧化鋁外觀白色粉末。
納米氧化鋁晶相γ相。
納米氧化鋁平均粒度(nm)20±5.
納米氧化鋁含量%大于99.9%。
熔點(diǎn)：2010℃-2050℃
沸點(diǎn)：2980℃
相對密度（水=1）】：3.97-4.0
納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)按一定規(guī)律構(gòu)筑或營造的一種新體系。它包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。對納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微粒或半導(dǎo)體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產(chǎn)生的一些新的效應(yīng)，也使其成為了研究熱點(diǎn)，按照其中支撐體的種類可將它劃分為無機(jī)介孔復(fù)合體和高分子介孔復(fù)合體兩大類，按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復(fù)合體和無序介孔復(fù)合體。在薄膜嵌鑲體系中，對納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學(xué)特性和磁學(xué)特性而展開的。美國科學(xué)家利用自組裝技術(shù)將幾百只單壁納米碳管組成晶體索“Ropes”，這種索具有金屬特性，室溫下電阻率小于0.0001Ω/m;將納米三碘化鉛組裝到尼龍-11上，在X射線照射下具有光電導(dǎo)性能,利用這種性能為發(fā)展數(shù)字射線照相奠定了基礎(chǔ)。
納米纖維在面料中更易被擠壓變形和貼緊，因此它可以形成密度更高的面料。使用納米長絲進(jìn)行高密度織造，并進(jìn)行收縮處理，可得到不需任何涂層即可防水的面料。納米纖維面料的經(jīng)緯密度是普通面料的好兒倍，且可耐3920Pa壓力。耐時又有透氣、透濕性及輕便、易折疊、易攜帶的特性。
隨著納米技術(shù)的發(fā)展和納米材料廣泛應(yīng)用于紡織品服裝，多功能、高附加值的紡織品服裝將不斷滿足人們生活中的需求。作為學(xué)習(xí)服裝的我們，更加了解納米材料對未來服裝的作用。在孫老師的帶領(lǐng)下我們已經(jīng)見識到了納米材料在航空航天、醫(yī)療、軍事等方面的研究成果，我們也希望自己能夠通過更加深入的研究，去發(fā)現(xiàn)納米材料的神秘，這樣才能帶來更多的滿足。
應(yīng)用范圍
1、天然納米材料
海龜在美國佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。后，長大的海龜還要再回到佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵。如此來回約需5～6年，為什么海龜能夠進(jìn)行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內(nèi)的納米磁性材料，為它們準(zhǔn)確無誤地導(dǎo)航。
生物學(xué)家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內(nèi)同樣存在著納米材料為它們導(dǎo)航。
2、納米磁性材料
在實(shí)際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強(qiáng)磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封及潤滑和選礦等領(lǐng)域。
3、納米陶瓷材料
傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質(zhì)脆，燒結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運(yùn)動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強(qiáng)度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進(jìn)行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。
4、納米傳感器
納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。
5、納米傾斜功能材料
在航天用的氫氧發(fā)動機(jī)中，燃燒室的內(nèi)表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內(nèi)表面要用陶瓷制作，外表面則要用導(dǎo)熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結(jié)合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，終便能結(jié)合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當(dāng)用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結(jié)成形時，就能達(dá)到燃燒室內(nèi)側(cè)耐高溫、外側(cè)有良好導(dǎo)熱性的要求。
6、納米半導(dǎo)體材料
將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導(dǎo)體材料的電子輸運(yùn)反常、導(dǎo)電率降低，電導(dǎo)熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
利用半導(dǎo)體納米粒子可以制備出光電轉(zhuǎn)化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導(dǎo)體粒子受光照射時產(chǎn)生的電子和空穴具有較強(qiáng)的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機(jī)物，降解大多數(shù)有機(jī)物，終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導(dǎo)體納米粒子利用太陽能催化分解無機(jī)物和有機(jī)物。
7、納米催化材料
納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分?jǐn)?shù)較大、表面的化學(xué)鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全，導(dǎo)致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。
鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機(jī)物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應(yīng)的溫度從600℃降低到室溫。
8、醫(yī)療上的應(yīng)用
血液中紅血球的大小為6000～9000nm，而納米粒子只有幾個納米大小，實(shí)際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個部位，便可以檢查病變和進(jìn)行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。
碳材料的血液相溶性非常好，21世紀(jì)的人工心瓣都是在材料基底上沉積一層熱解碳或類金剛石碳。但是這種沉積工藝比較復(fù)雜，而且一般只適用于制備硬材料。
介入性氣囊和導(dǎo)管一般是用高彈性的聚氨酯材料制備，通過把具有高長徑比和純碳原子組成的碳納米管材料引入到高彈性的聚氨酯中，我們可以使這種聚合物材料一方面保持其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和容易加工成型的特性，一方面獲得更好的血液相溶性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種納米復(fù)合材料引起血液溶血的程度會降低，激活血小板的程度也會降低。
使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細(xì)，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。通過納米粒子的特殊性能在納米粒子表面進(jìn)行修飾形成一些具有靶向，可控釋放，便于檢測的藥物傳輸載體，為身體的局部病變的治療提供新的方法，為藥物開發(fā)開辟了新的方向。
9、納米計(jì)算機(jī)
上臺電子計(jì)算機(jī)誕生于1945年，它是由美國的大學(xué)和陸軍部共同研制成功的，一共用了18000個電子管，總重量30t，占地面積約170㎡，可以算得上一個龐然大物了，可是，它在1s內(nèi)只能完成5000次運(yùn)算。
經(jīng)過了半個世紀(jì)，由于集成電路技術(shù)、微電子學(xué)、信息存儲技術(shù)、計(jì)算機(jī)語言和編程技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)技術(shù)有了飛速的發(fā)展。今天的計(jì)算機(jī)小巧玲瓏，可以擺在一張電腦桌上，它的重量只有老祖宗的萬分之一，但運(yùn)算速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了代電子計(jì)算機(jī)。
如果采用納米技術(shù)來構(gòu)筑電子計(jì)算機(jī)的器件，那么這種未來的計(jì)算機(jī)將是一種“分子計(jì)算機(jī)”，其袖珍的程度又遠(yuǎn)非今天的計(jì)算機(jī)可比，而且在節(jié)約材料和能源上也將給社會帶來十分可觀的效益。
可以從閱讀硬盤上讀卡機(jī)以及存儲容量為芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。
10、納米碳管
1991年，日本的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，如圖所示。
這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長的尺寸都是納米量級的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強(qiáng)度比鋼高出100倍，導(dǎo)電率比銅還要高。
在空氣中將納米碳管加熱到700℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點(diǎn)金屬（如鉛）蒸發(fā)后凝聚在開口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進(jìn)入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內(nèi)形成的金屬絲也特別細(xì)，被稱為納米絲，它產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)是具有超導(dǎo)性。因此，納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導(dǎo)體。
納米技術(shù)在各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國已努力趕上先進(jìn)國家水平，研究隊(duì)伍也在日漸壯大。
11、家電
用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用為作電冰箱、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。
12、環(huán)境保護(hù)
環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能夠探測到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能夠?qū)@些制劑進(jìn)行過濾，從而消除污染。
13、紡織工業(yè)
在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復(fù)配粉體材料，經(jīng)抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝，可用于制造抗菌內(nèi)衣、用品，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。
14、機(jī)械工業(yè)
采用納米材料技術(shù)對機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。fWjA523sdryiC

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